运动技能学习与控制.pptx

运动技能学习与控制运动技能学习与控制Motor Learning&Control任 杰第一章第一章 运动技能概述运动技能概述一、一、运动技能的定义运动技能的定义1、概念:技能（skill）：经过练习而获得的完成某种任务的动作方式或心智活动方式。运动技能（motor skill）:有特定操作目标，涉及自主身体或肢体运动的技能。动作（action）:由身体/肢体运动产生的指向目标的运动。运动（movement）:构成动作或运动技能的肢体或肢体联合的行为特征。2、高水平技能的特征、高水平技能的特征n n成功的可能性最大，准确性高n n体能和心理能力的消耗最少n n时间最短 3、运动技能的三种成份、运动技能的三种成份n n姿势成份为动作提供支持平台。n n身体的移动成份是身体和肢体移动到动作位置。n n操作成份产生动作。二、运动技能的分类n n连续性技能和非连续性技能n n开放式技能和闭锁式技能n n大肌肉群运动技能和小肌肉群运动技能区分区分:连续连续性技能和非性技能和非连续连续性技能性技能区分:开放式技能 和闭锁式技能区分:大肌肉群运动技能和小肌肉群运动技能第二章第二章 运动技能的测量运动技能的测量一、反应时一、反应时n n简单反应时n n辨别反应时n n选择反应时二、误差测量二、误差测量1、一维动作目标的误差93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107x1 x5 x3 x2 x4各种误差的计算方法各种误差的计算方法n nConstant Error(CE):CE=（xi-T）/nn nVariable Error(VE):VE=(（xi-M）/n)-2n nTotal Variability(E):E2=VE2+CE2n nAbsolute Error(AE):AE=|xi-T|/nn nAbsolute Constant Error(|CE|):|CE|X Xi iX Xi i-T-TX Xi i-M-M(X(Xi i-M)-M)2 2(X(Xi i-T)-T)2 2|X|Xi i-T|-T|1 19393-7-7-6.2-6.238.4438.4449497 72 2103103+3+3+3.8+3.814.4414.449 93 33 39999-1-1-0.2-0.20.040.041 11 14 4105105+5+5+5.8+5.833.6433.6425255 55 59696-4-4-3.2-3.210.2410.2416164 4SumSum496496-4.0-4.096.8096.801001002020MeanMean99.299.2-0.80-0.8019.3619.3620204 4Square Square rootroot4.404.404.474.472、二维动作目标的误差、二维动作目标的误差xy3、连续技能的误差评估、连续技能的误差评估RMSE三、运动学方法三、运动学方法n n位移位移n n速度速度n n加速度加速度n n角度变化角度变化四、动力学方法四、动力学方法n n力量（F，牛顿）n n力矩五、肌电图（五、肌电图（EMG）直立姿势的平衡控制六、协调性六、协调性例如n n两关节（肢体）间的协调n n多关节（肢体）间的协调n n两人间的协调n n多人间的协调n n动作协调性动作协调性第一天第三天第二天第四天第三章第三章 运动技能的控制过程运动技能的控制过程一、信息加工一、信息加工1、基本过程输入人输出2、信息加工的阶段、信息加工的阶段n n刺激辨别阶段n n应答选择阶段n n应答编程阶段输入输入刺激辨别刺激辨别应答编程应答编程应答选择应答选择输出输出概念模型特 点刺激辨认阶段应答选择阶段应答编程阶段阶段的作用不同S-R的数量效应加工类型注意需求检测、辨别信号最小平行无选择应答动作大平行和系列有时组织发动动作无系列有3、反应时间和决策制定n n反应时（反应时（reaction time,RT）n n短跑起跑短跑起跑短跑起跑短跑起跑 n n乒乓球接发球乒乓球接发球4、影响反应时间和决策制定的因素n n刺激刺激应答变化的数量应答变化的数量n n刺激刺激应答相容性应答相容性n n练习的数量练习的数量 n n预测预测n n预测的好处预测的好处预测的好处预测的好处n n预测的开销预测的开销预测的开销预测的开销n n预测的策略预测的策略预测的策略预测的策略 (ms)刺激数量与反应时间的关系二、应激和激活下的决策绩效二、应激和激活下的决策绩效 n n应激和激活是指由压力所引起的兴奋或激动水平。n n倒“U”曲线低 唤醒水平 高运动成绩n n倒“U”原则：n n提高激活会提高绩效，但只到某个水平。提高激活会提高绩效，但只到某个水平。n n激活水平再提高就会降低绩效。激活水平再提高就会降低绩效。n n需要高难度的决策和很好的运动控制的任务，需要高难度的决策和很好的运动控制的任务，它的最佳激活水平较低。它的最佳激活水平较低。n n很少需要决策制订或粗略的运动技能的最佳激很少需要决策制订或粗略的运动技能的最佳激活水平相对较高。活水平相对较高。n n某些人比其他人更容易被激活。某些人比其他人更容易被激活。不相关刺激 相关刺激 不相关刺激 A 注意过宽B 理想注意C 注意过窄三、注意和绩效三、注意和绩效n n注意：信息加工容量的局限n n任务间何时会发生互相干扰？n n刺激鉴别：平行的信息加工刺激鉴别：平行的信息加工n n应答选择：自动的和受控制的加工应答选择：自动的和受控制的加工 n n应答编程：动作的系列化组织应答编程：动作的系列化组织注意的资源理论注意的资源理论n n中心资源容量理论（central-resource theories）人们完成各种活动时所需要的注意资源都源于人们完成各种活动时所需要的注意资源都源于同一个中心源。同一个中心源。n n多重资源理论（multiple-resource theories）任务A 任务B刺激辨别 应答选择 应答编程S1S2100 msS1S2S1S2n n心理不应期：心理不应期：对非常接近的两个刺激的第二个刺激的应答中的延迟现象被称为心理不应期（PRP），这是理解人类绩效中的一个重要现象。0 100 200 300400300200100第四章第四章 感觉的作用感觉的作用一、感觉信息的来源一、感觉信息的来源n n外部感觉n n视觉视觉n n听觉听觉n n触觉触觉n n内部感觉n n本体感觉本体感觉n n运动感觉运动感觉二、闭合环路控制系统二、闭合环路控制系统目标输入比较器效应器系统执行系统反馈误差输出刺激辨别应答选择应答编程参照比较器误差反馈肌肉感觉运动感觉环境感觉运动程序脊髓肌肉动作环境n n长时间的、连续的任务n n短时的、非连续的任务n n动作技能的反射控制模型M1应答：M2应答：反应激发：反应时应答：30-50ms50-80ms80-120ms120-180ms刺激鉴别应答选择应答编程运动程序脊髓肌肉动作环境参照比较器误差M2M1视觉视觉n n视觉的两个系统n n中央视觉（中央视觉（central vision,foveal or focal visioncentral vision,foveal or focal vision）n n外周视觉外周视觉 (peripheral vision(peripheral vision,ambient vision,ambient vision)特点中央视觉外周视觉视野定位觉察低照明效应一般解决的问题中央有意识损害这是什么？(What)中央和外周无意识无它在哪里？(Where)刺激辨别应答选择应答编程参照比较器误差反馈肌肉感觉运动感觉环境感觉中央视觉外周视觉外周视觉与中央视觉运动程序脊髓肌肉动作环境n n视觉优势（Visual Dominance）n n视觉捕获（Visual Capture）n n光流（视觉流，optical flow）n n碰触时间（碰触时间（Time to CaptureTime to Capture）n n平衡控制（平衡控制（BalanceBalance）opticalflow眼球移動目標固定目標视觉与运动控制视觉与运动控制n n视觉和手动瞄准视觉和手动瞄准 (vision and manual aiming tasks)(vision and manual aiming tasks)n n视觉和抓握动作视觉和抓握动作(vision and prehension)(vision and prehension)n n视觉和书写视觉和书写(vision and handwriting)(vision and handwriting)n n视觉和移动视觉和移动(vision and locomotion)(vision and locomotion)：n n视觉和从高出落下视觉和从高出落下(vision and jumping from heights)(vision and jumping from heights)n n视觉和抓住动作视觉和抓住动作(vision and catching)(vision and catching)n n视觉和击打运动着的物体视觉和击打运动着的物体 (vision and batting in(vision and batting in baseball and table tennis)baseball and table tennis)视觉信息在手臂动作控制中的作用本体感觉本体感觉n n本体感觉和动作控制n n本体感觉（proprioception）n n传入神经阻滞（deafferentation）n n动物手术：动物手术：切断神经传导切断神经传导n n神经疾患者神经疾患者n n神经阻断技术：捆扎神经阻断技术：捆扎n n肌腱振动技术：肌腱振动技术：振动器振动器肌腱振动技术：振动器肌腱振动技术：振动器动物手术：切断神经传导第第5章章 开放环路控制与开放环路控制与运动程序运动程序一、开放环路与闭合环路一、开放环路与闭合环路目标输入比较器效应器系统执行系统反馈误差输出效应器系统执行系统输出目标输入二、运动程序二、运动程序n n反应时和动作复杂程度n n传入神经阻滞实验n n手臂的机械制动实验刺激辨别应答选择应答编程运动程序脊髓肌肉动作环境输入三、运动程序的修改三、运动程序的修改 n n动作时间的变化n n动作幅度的变化第第6章章 复杂技能复杂技能一、速度一、速度准确性技能准确性技能n nFitts定律n n速度准确性权衡（speed accuracy tradeoff）二、抓握二、抓握(prehension)n n三阶段：运达 抓住 操作n n人造假肢的锻炼三、书写（三、书写（handwriting）四、双手协调四、双手协调(bimanual coordination)原先平衡被打破，建立新的更为牢固的平衡的非线性变化过程。同样，这一过程也不可逆。五、步态（五、步态（gait）第第7章章 个体差异和运动能力个体差异和运动能力n n个体差异：是人们在完成某些任务中表现出来的稳定的持久的差异。n n能力和技能n n能力是指个体所具有的遗传的、相对持久的、能力是指个体所具有的遗传的、相对持久的、稳定的特质，存在于各种运动和认知技能之稳定的特质，存在于各种运动和认知技能之中。中。n n技能是对特定任务的精通。技能是对特定任务的精通。能力的种类能力的种类n n多肢体协调n n空间定向n n手指灵活性n n手与手臂稳定性n n视敏度n反应时n移动速度n操作灵活性n机械资质n运动感觉可能有30多种，例如n n一般结论一般结论n n任何技能归因于几个基本的运动技能。一个技能下，任何技能归因于几个基本的运动技能。一个技能下，一些能力起关键的作用，而其他的作用较少。一些能力起关键的作用，而其他的作用较少。n n两个不同的技能有不同的潜在的能力类型。两个不同的技能有不同的潜在的能力类型。n n两个不同的技能可能又共同的能力。两个不同的技能可能又共同的能力。n n疑问疑问n n促进还是限制？促进还是限制？n n是否存在一般运动能力？是否存在一般运动能力？n n是否存在运动学习能力？是否存在运动学习能力？n n 预测与选材预测与选材一、学习和绩效 学习（learning）：由练习或经历而引起的，相对持久的技能绩效的变化。绩效（performance）：在特定的时间和情境下某项技能的执行水平。第第8章章 运动技能学习概述运动技能学习概述绩效n是可以直接观察到的行为n暂时的n可能不是练习的结果n容易受绩效变量的影响学习n是从绩效中推断出来的n相对持久的n是练习的结果n不受绩效变量的影响学习是练习或经历的结果。学习是内在的变化。学习难以直接测量，只能从绩效的改变中加以推测。学习是相对持久的变化。强调二、技能学习过程中绩效变化的主要特征n n提高性n n一致性n n持久性n n适应性三、通过练习绩效来评估学习n n绩效曲线n n绩效曲线的四种趋势n练习绩效与学习的不一致n n夸大或低估学习夸大或低估学习n n练习的高原现象练习的高原现象n n保持测试（保持测试（retention testsretention tests）：）：技能练习结束后间隔一段时间，再对技能进行测试。技能练习结束后间隔一段时间，再对技能进行测试。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10组练习保持测试组合练习随机练习反应时间n n迁移测试（迁移测试（transfer teststransfer tests）：）：采用与练习不同的操作技能或者操作环境来测试个采用与练习不同的操作技能或者操作环境来测试个体的技能学习效果。体的技能学习效果。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 310组练习3种迁移测试新方法旧方法击中目标的次数n n动作协调性动作协调性第一天第三天第二天第四天四、运动技能的内隐学习四、运动技能的内隐学习n n点击进入第第9章章 学习的阶段学习的阶段 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 练习新方法旧方法击中目标的次数1、费茨和包斯纳模型、费茨和包斯纳模型n n认知阶段（cognitive stage）n n联结阶段（associative stage）n n自动化阶段（autonomous stage）2、金泰尔的模型、金泰尔的模型n n最初的阶段n n后期阶段3、学习过程中的绩效变化、学习过程中的绩效变化n n变化的速度变化的速度n n练习的幂定律练习的幂定律n n动作协调性的变化动作协调性的变化n n自由度的冻结与解冻自由度的冻结与解冻n n协调模式的变化协调模式的变化n n参与肌肉的变化（参与肌肉的变化（EMGEMG）n n能量消耗的变化能量消耗的变化n n达到运动目标n n空间目标空间目标n n时间目标时间目标n n视觉选择注意力的变化n n有意注意（无意注意）n n发现和改正错误4、不发生变化的操作特征、不发生变化的操作特征n n对感觉反馈的依赖性对感觉反馈的依赖性5、对前景的预测、对前景的预测n n初期绩效和后期绩效间的相关练习时段练习时段绩效相关 R第第10章章 学习的迁移学习的迁移1、什么是学习的迁移、什么是学习的迁移以前已经学会的技能，对新技能学习或者在新的环境中操作该技能所产生的影响。n n正迁移n n负迁移n n零迁移2、迁移的重要性、迁移的重要性n n技能学习的先后顺序n n指导方法n n对训练效果的评价3、正迁移的发生、正迁移的发生n n技能和情景构成的相似性n n需求程序的相似性完成两种技能或操作情景所需求的认知过程的完成两种技能或操作情景所需求的认知过程的相似性。相似性。4、负迁移的发生、负迁移的发生n n负迁移发生的情景n n负迁移发生的暂时性5、两侧迁移、两侧迁移n n发生在两侧肢体间的学习迁移n n通过对一侧肢体的训练，使得另一侧肢体的操作技能也得到提高。第十一章、练习的组织1、示范的、示范的含义“百闻不如一见”n n模型（modeling）n n观察学习（observation learning）一、示范与口授2、如何示范、如何示范n n新手和熟练者的示范n n示范的时机和频率n n图像和音频示范3、口授、口授n n口授与注意n n 言语线索与视觉的搜索策略言语线索与视觉的搜索策略n n 技能的内隐学习和外显学习技能的内隐学习和外显学习1、练习的变异性n n练习的变异性（practice variability）：练习者在技能练习过程中体验到的动作特征和背景特征的变化。n n固定练习法固定练习法n n变换练习法变换练习法 二、组块练习和随机练习n n图式理论认为练习形式变化多的比变化少的产生的学习效果更好。n n在学习初始阶段出现操作错误多的练习者比操作错误少的练习者最终的学习效果好。练习变异性的实施n n组块练习（blocked practice）n n随机练习（random practice）n n序列练习（serial practice）投篮练习n n背景干扰（contextual interference）：文脉、上下文n n背景干扰效应的局限性n n任务特征任务特征n n学习者特征学习者特征 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10组练习保持测试组合练习随机练习反应时间2、练习量和练习分布、练习量和练习分布n n过度学习（overlearning）：超过实现特定操作标准所需练习量以外的附加练习。n n练习分布n n集中练习集中练习n n分散练习分散练习三、整体和分解练习三、整体和分解练习n n略第第12章章 追加反馈追加反馈一、反馈的种类一、反馈的种类n n任务内在反馈任务内在反馈（task-intrinsic task-intrinsic feedbackfeedback）技能操作时个体自然而然获技能操作时个体自然而然获得的感觉信息得的感觉信息n n追加反馈追加反馈（augmented feedbackaugmented feedback）与技能操作相关的感觉反馈与技能操作相关的感觉反馈之外的附加信息。之外的附加信息。反馈任务内在反馈追加反馈视觉听觉本体感觉触觉结果反馈（KR）Knowledge of Results绩效反馈（KP）Knowledge of Performance二、追加反馈的作用二、追加反馈的作用n n激励作用n n激励练习者更加努力地练习激励练习者更加努力地练习n n强化作用n n对运动结果进行强化对运动结果进行强化n n提供信息作用n n为练习者提供掌握正确动作，修正错误动作的为练习者提供掌握正确动作，修正错误动作的大量信息大量信息n n依赖效应（阻碍作用）三、追加反馈的内容三、追加反馈的内容n n正确与错误n nKR与KPn n定性与定量n n错误量的大小（带幅）n n错误的追加反馈带幅反馈的设定方式四、绩效反馈的类型四、绩效反馈的类型n n言语KPn n录像n n运动学特征n n生物反馈五、追加反馈的时机五、追加反馈的时机n n同步反馈同步反馈n n末端反馈末端反馈n n延迟反馈延迟反馈试验1 反馈 试验2 测试间隔(Swinnen et al.1990)六、追加反馈的频率六、追加反馈的频率